М.М. Багмут, ОСОБЛИВОСТІ ТЕРМІЧНОГО РОЗКЛАДУ ЗАЛІЗОВМІСНОГО КАРБОНАТУ В КІСТКОВІЙ ТКАНИНІ
https://doi.org/10.15407/mineraljournal.48.03.052
УДК 539.219: 549.903.9: 549.753.11
ОСОБЛИВОСТІ ТЕРМІЧНОГО РОЗКЛАДУ ЗАЛІЗОВМІСНОГО
КАРБОНАТУ В КІСТКОВІЙ ТКАНИНІ
М.М. Багмут, канд. геол.-мін. наук, старш. наук. співроб, пров. наук. співроб.
E-mail: nnbagmut@gmail.com; orcid: 0000-0002-4309-4970
Т.С. Антоненко, канд. геол. наук, наук. співроб.
E-mail: tetyana_savchenko@ukr.net; orcid: 0000-0002-0583-3541
О.А. Калініченко, канд. фіз.-мат. наук, старш. наук. співроб.
E-mail: okalinichenko@nas.gov.ua; ResearcherID: AAP-5127-2020
Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення ім. М.П. Семененка НАН України
03142, м. Київ, Україна, просп. Акад. Палладіна, 34
Мова: українська
Мінералогічний журнал 2026, 48 (3): 52-61
Анотація: Мінеральний компонент кісткової тканини представлений переважно нанокристалічним карбонат-гідроксилапатитом з домішками карбонатів різних типів. Досліджено процес термічного розкладу домішкового залізовмісного карбонату під час відпалу кісток, що супроводжується утворенням магнітовпорядкованого матеріалу. Методом феромагнітного резонансу (ФМР) у повітряному середовищі досліджено зміни ФМР-спектрів порошкоподібних зразків трьох кортикальних кісток різного походження за поетапного нагрівання від 700 до 1000 °C. У відпалених зразках виявлено два типи ФМР-сигналів: широку асиметричну лінію, характерну для полікристалічних магнітних матеріалів із кристалографічною анізотропією та анізотропією форми, та накладені вузькі лінії, що належать малодоменним наночастинкам, які рівномірно дисперговані в об’ємі кістки і не мають диполь-дипольної взаємодії. Температура максимуму інтенсивності обох типів сигналів залежить від тривалості відпалу, а швидкість їх зростання відрізняється для кісток різного походження, що може бути використано для порівняльного аналізу здорових і хворих кісток, а також зразків від тварин, утримуваних у різних умовах. З’ясовано, що агреговані та дисперговані частинки за складом відповідають одному й тому самому магнітному матеріалу. Короткочасний відпал зумовлює появу складних спектрів через формування наночастинок різних магнітних фаз або кристалів різних розмірів, тоді як тривалий відпал сприяє формуванню мономінеральної магнітної речовини. Результати контрольного відпалу сидеритової руди з переважним умістом анкериту засвідчили, що в діапазоні 700—900 °C зміна інтенсивності її ФМР-спектра має такий самий характер, як і в кістковій тканині. З’ясовано, що в кістках утворюється складний залізо-магнієвий карбонат групи анкериту типу Cа(Fe, Mg)(CO3)2.
Ключові слова: феромагнітний резонанс, кісткова тканина, анкерит, термічний розклад, карбонати.
References / Література
Bagmut, M.M., Kalinichenko, T.G., Brik, O.B., Dudchenko, N.O. and Kalinichenko, M.O. (2021), Paramagnetic centers of the mineral component of annealed bone tissue, Mineral. Journ. (Ukraine), Vol. 43, No. 4, pp. 18-24 [in Ukrainian]. https://doi.org//10.15407/mineraljournal.43.04.018
[Багмут, М.М., Калініченко, Т.Г., Брик, О.Б., Дудченко, Н.О., Калініченко, М.О. (2021), Парамагнітні центри мінеральної компоненти відпаленої кісткової тканини. Мінерал. журн. 43, № 4. C. 18—24.]
Baudin François, Bouton Nicolas, Wattripont Adrien and Carrier Xavier (2023), Carbonates thermal decomposition kinetics and their implications in using Rock-Eval® analysis for carbonates identification and quantification, Sci. Techn. Energy Transition, Vol. 78, No. 38. https://doi.org/10.2516/stet/2023038
Brik, A.B., Bagmut, N.N., Kalinichenko, A.M., Atamanenko, O.N., Scherbina, O.I., Dubok, V.A. and Ulyanchich, N.V. (2000), Characteristics of Phosphate Paramagnetic Centres in Natural Apatites, Biominerals and their Synthetic Analogues, Mineral. Journ. (Ukraine), Vol. 22, No. 4, pp. 8-18.
Brik, A.B., Ulyanchich, N.V., Kenner, G.H., Kalinichenko, A.M., Bagmut, N.N. and Brik, V.B. (2001), EPR of the Impurity Crystal Phases in Biominerals and Their Synthetic Analogues, Mineral. Journ. (Ukraine), Vol. 23, No. 1, pp. 23-37.
Brik, A.B., Shpak, A.P., Klimenko, A.P., Karbovsky, V.L., Dubok, V.A., Kalinichenko, A.M., Bagmut, N.N. and Bevz, V.V. (2006), EPR of nitrogen-containing ion-radicals in biogenic and synthetic calcium phosphates. Mineral. Journ. (Ukraine), Vol. 28. No. 1, pp. 20-31 [in Russian].
[Брик, А.Б., Шпак, А.П., Клименко, А.П., Карбовский, В.Л., Дубок, В.А., Калиниченко, А.М., Багмут, Н.Н., Бевз, В.В. (2006), ЭПР азотсодержащих ион-радикалов в биогенных и синтетических фосфатах кальция. Мінерал. журн. 28, № 1. С. 20—31.]
Brik, A.B., Danilchenko, S.N., Radchuk, V.V., Karbovsky, V.L., Kalinichenko, A.M. and Bagmut, N.N. (2007), Thermally Activated Changes in the Properties of Biogenic and Synthetic Carbonate-Containing Apatites Based on X-Ray Diffraction and EPR Data, Mineral. Journ. (Ukraine), Vol. 29, No. 2, pp. 32-47 [in Russian].
[Брик, А.Б. Данильченко, С.Н., Радчук, В.В., Карбовский, В.Л., Калиниченко, А.М., Багмут, Н.Н. (2007), Термоактивируемые изменения свойств биогенных и синтетических карбонатсодержащих апатитов по данным рентгеновской дифракции и ЭПР. Мінерал. журн. 29, № 2. С. 32—47.]
Corrago, A.A. (1992), Introduction to biomineralogy, St.-Petersburg, Nedra, 280 p. [in Russian].
[Кораго, А.А. (1992), Введение в биоминералогию. Санкт-Петербург: Недра. 280 с.]
Dudchenko, N.O. (2020), Magnetic ordering, transformation and application of highly dispersed iron oxides and hydroxides of various origins, Abstract Diss. Dr. Geol. Sci., Kyiv, 48 p. [in Ukrainian].
[Дудченко, Н.О. (2020), Магнітне упорядкування, перетворення та застосування високодисперсних оксидів та гідроксидів заліза різного походження: автореф. дис. … д-ра геол. наук. Київ. 48 с.]
Kądziołka-Gaweł, M., Adamczyk, Z., Łukowiec, D., Klimontko, J., Wojtyniak, M. and Nowak, J. (2025), Siderite Decomposition Kinetics — Influence of Time, Temperature, and Isomorphous Impurities, Minerals, Vol. 15, No. 4, p. 428. https://doi.org/10.3390/min15040428
Li, P., Zhu, X., Sun, Y. and Han, Y. (2024), Magnetization Roasting of Siderite Ore in a Low-Oxygen Atmosphere, JOM, Vol. 76(9), pp. 4825-4836. https://doi.org/10.1007/s11837-024-06721-0
Luo, Y.H., Zhu, D.Q., Pan, J. and Zhou, X.L. (2016), Thermal decomposition behaviour and kinetics of Xinjiang siderite ore, Mineral Proc. and Extractive Metallurgy, Vol. 125, Iss. 1, pp. 17-25. https://doi.org/10.1080/03719553.2015.1118213
Martyanov, O.N., Li, R.N. and Yudanov, V.F. (2002), Fine structure of ferromagnetic resonance spectra of dispersed magnets, Jetp Lett., Vol. 75, pp. 638-641. https://doi.org/10.1134/1.1503328
Milodowski, A.E., Goodman, B.A. and Morgan, D.J. (1989), Mosbauer spectroscopic study of the decomposition mechanism of ankerite in CO2 atmosphere, Mineral. Mag., Vol. 53, pp. 465-471. https://doi.org/10.1180/minmag.1989.053.372.06
Ponomar, V. (2023), Crystal structures and magnetic properties of spinel ferrites synthesized from natural Fe-Mg-Ca carbonates, Materials Research Bull., Vol. 158, 112068. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2022.112068
Ponomar, V.P., Dudchenko N.O. and Brik, A.B. (2017), Phase transformations of siderite ore by the thermomagnetic analysis data, J. Magn. Magn. Mater., Vol. 423, pp. 373-378. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2016.09.124
Poole, Ch. (1970), EPR spectroscopy technique, Mir, Moscow, 557 p. [in Russian].
[Пул, Ч. (1970), Техника ЕПР спектроскопии. Москва: Мир. 557 с.]
Warne, S.St.J., Morgan, D.J. and Milodowski, A.E. (1981), Thermal analysis studies of the dolomite, ferroan dolomite, ankerite series. Pt 1. Iron content recognition and determination by variable atmosphere DTA, Thermochimica Acta, Vol. 51, Iss. 2-3, pp. 105-111. https://doi.org/10.1016/0040-6031(81)85151-9
Zhu, X., Han, Y., Gao, P. and Sun, Y. (2024), Effect of magnesium substitution on the thermal decomposition of siderite in air atmosphere, Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review, Vol. 45 (5), pp. 407-414. https://doi.org/10.1080/08827508.2023.2181344